[發明專利]基于安全帽的人體安全監測和報警系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202010794412.2
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111899469A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 楊明來;卞婷;馬強;王玄偉;王江濤;周鍇
• 申請（專利權）人: 浙江長芯光電科技有限公司
• 主分類號: G08B21/02
• 分類號: G08B21/02
• 代理公司: 杭州潤淶知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33358
• 代理人: 李磊

1.一種基于安全帽的人體安全監測和報警系統，其特征在于，包括傳感器組模塊(1)、單片機模塊(2)、報警模塊(3)、NB通信模塊(4)，服務器(5)和后臺監控模塊(6)，所述傳感器組模塊(1)、報警模塊(3)和NB通信模塊(4)均與單片機模塊(2)有線連接，所述NB通信模塊(4)、服務器(5)和后臺監控模塊(6)依次無線連接；

所述傳感器組模塊(1)包括安裝于安全帽下頰帶的下巴處的薄膜壓力傳感器(11)以用于實時采集佩戴人員下巴擠壓安全帽下頰帶所產生的壓力，進而檢測佩戴人員是否規范佩戴安全帽；以及安裝于安全帽內部頭頂處的陀螺加速度傳感器(12)以用于實時采集佩戴人員的運動時產生的三維加速度、三維角速度和三維姿態角，進而檢測佩戴人員是否摔倒、墜落。

2.根據權利要求1所述的基于安全帽的人體安全監測和報警系統，其特征在于，所述單片機模塊(2)與服務器(5)之間利用NB-IOT基于蜂窩的窄帶物聯網通信模塊建立通信通道。

3.根據權利要求2所述的基于安全帽的人體安全監測和報警系統，其特征在于，所述單片機模塊(2)與服務器(5)之間采用COAP通信協議進行數據傳輸。

4.根據權利要求1所述的基于安全帽的人體安全監測和報警系統，其特征在于，所述陀螺加速度傳感器(12)為MPU6050陀螺加速度傳感器。

5.根據權利要求1所述的基于安全帽的人體安全監測和報警系統，其特征在于，所述薄膜壓力傳感器(11)為IMS-CO4A薄膜壓力傳感器。

6.根據權利要求5所述的基于安全帽的人體安全監測和報警系統，其特征在于，所述薄膜壓力傳感器(11)中的電阻R_IMS的計算公式為：

R_IMS＝(VREF/VOUT)*RG

其中，VREF為給定的參考電壓，VOUT是實測電壓，RG是反饋電壓。

7.一種基于權利要求1-6任一項所述的基于安全帽的人體安全監測和報警系統的控制方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

S1、通過薄膜壓力傳感器采集佩戴人員佩戴安全帽后的安全帽下頰帶的下巴處的壓力數據，通過陀螺加速度傳感器采集工人佩戴安全帽后的三維加速度、三維角速度和三維姿態角數據，并將采集的數據發送到單片機模塊；

S2、單片機模塊將采集的壓力數據與預設壓力范圍進行比較，若超出預設壓力范圍則指示報警模塊進行提示，反之，不作處理；

S3、單片機模塊將采集的三維加速度、三維角速度和三維姿態角數據進行數據處理后，得到合加速度、合角速度以及合姿態角，進而實現計步、判斷是否摔倒、墜落以及持續時間并進行報警與否。

8.根據權利要求7所述的基于安全帽的人體安全監測和報警系統的控制方法，其特征在于，所述S3具體包括如下步驟：

S31、通過單片機模塊將合加速度進行濾波后進行繪圖，并判斷是否有波峰，若是，則計步加一，反之，不作處理；

S32、通過單片機模塊將合加速度進行濾波后與預設的加速度閾值進行比較，若超過，則進行S33，反之，不作處理；

S33、通過單片機模塊將合姿態角與預設的姿態角閾值進行比較，若超過，則進行S34，反之，不作處理；

S34、通過單片機模塊將運動姿態的持續時間與預設的持續時間閾值進行比較，若超過，則進行報警，反之，不作處理。

9.根據權利要求8所述的基于安全帽的人體安全監測和報警系統的控制方法，其特征在于，所述薄膜壓力傳感器中的電阻R_IMS的計算公式為：

R_IMS＝(VREF/VOUT)*RG

其中，VREF為給定的參考電壓，VOUT是實測電壓，RG是反饋電壓。

10.根據權利要求9所述的基于安全帽的人體安全監測和報警系統的控制方法，其特征在于，所述單片機模塊與服務器之間利用NB-IOT基于蜂窩的窄帶物聯網通信模塊建立通信通道，以用于將數據傳輸至后臺監控模塊。